CN105848389A - 一种可组网的前相切相调光触摸开关 - Google Patents

Abstract

一种可组网的前相切相调光触摸开关，它涉及一种通过前相切相方式调节照明设备亮度的并可组网进行远程控制的智能触摸开关。它采用先进的单片机芯片进行设计，利用RS485总线与上位机进行通讯，利用无线通讯的方式进行组网，实时监测照明装置的亮度级别并加以远程控制。它包括可控硅调光电路、交流电过零检测电路、MCU控制电路、触摸按键电路、RS485通讯电路、无线通讯电路、工作电源和无线工作电源。所述的一种可组网的前相切相调光触摸开关能够实时与上位机通讯、检测触摸按键动作，根据来自上位机或触摸按键的调光控制命令，在交流电过零点时，由MCU发出控制信号脉冲来控制可控硅调光电路，完成对照明设备亮度级别的控制。

Description

一种可组网的前相切相调光触摸开关

技术领域

本发明涉及一种智能调光开关设备，特别涉及一种可组网前相切相的调节灯光亮度的智能设备。

背景技术

一种可组网的前相切相调光触摸开关是具有灵活组网功能的灯光亮度调节设备，可广泛用于楼宇灯光系统、工厂照明、智能家居中，为公司、企业在照明节能方面提供便利，是最重要的节能实施元件之一，具有非常好的发展前景。一种可组网的前相切相调光触摸开关是一种智能化的设备，通过采用先进的单片机芯片进行设计，充分利用现代科学技术，对建筑、工厂等的照明系统进行可组网的实时监测与控制，根据实际使用需要，科学合理的控制建筑物、工厂内的照明设备，可以远程读取现场照明设备的亮度级别，根据上位机发送的命令，远程控制照明设备的开关和亮度级别，达到对照明系统节能控制的目标。

本发明采用了基于RS485总线的通用型标准Modbus-RTU串行通讯协议，采用前相切相的调光方式，可灵活便捷地应用在各公司、企业的照明节能控制系统中，打破了各公司产品、系统间固有的技术壁垒，利用先进单片机芯片进行控制，对建筑物、工厂车间等的照明系统进行实时监测与控制，根据实际工作需求，远程与现场均可调节照明系统亮度，实现对照明系统节能控制的目的。

发明内容

本发明是通过如下方案予以实现的：一种可组网的前相切相调光触摸开关，它包括可控硅调光电路、交流电过零检测电路、MCU控制电路、触摸按键电路、RS485通信电路、无线通讯电路、工作电源和无线工作电源。所述的一种可组网的前相切相调光触摸开关在工作电源和无线工作电源所供给的稳定电压下，实时与上位机通讯、检测触摸按键动作，并能够在触摸开关之间进行无线通讯，根据来自上位机或触摸按键的调光控制命令，在交流电过零点时，由MCU发出控制信号脉冲来控制可控硅调光电路，从而完成对照明设备亮度级别的控制。

所述的可控硅调光电路包括双向可控硅、MOC3021光耦芯片及外围电路，完成对双向可控硅串接照明装置亮度调节的功能。

所述的交流电过零检测电路是由TIL117光耦芯片、TC4584反相器芯片及外围电路组成，完成对交流220V电压由负变正、由正变负两种过零点的检测功能。

所述的MCU控制电路是由PIC18F26K22主芯片和外围电路组成，完成对现场触摸按键实时检测、与上位机及其他智能触摸开关通讯，并控制可控硅调光电路进行亮度级别调节等功能。

所述的触摸按键电路是由ADPT008触摸检测芯片及其外围电路组成，完成对一种可组网的前相切相调光触摸开关触摸按键检测功能，并将检测结果发送至MCU。

所述的RS485通信电路是一种利用RS485接口接入信号，按照基于RS485的通用型标准Modbus-RTU串行通讯协议进行通信的，RS485通信电路由485总线驱动电路、保护电路组成。

所述的无线通讯电路是由nRF2401无线通讯芯片及外围电路组成，完成无线通讯、组网功能。

所述的工作电源采用微型变压器、稳压芯片与其外围电路组成，完成将220V交流电转为稳定的5V直流电，对本发明中的MCU控制电路、触摸按键电路、RS485通信电路及无线工作电源进行电源供应。

所述的无线工作电源包括LM1117芯片及其外围电路，完成将直流5V转为直流3.3V，为无线通讯电路进行电源供电的功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是一种可组网的前相切相调光触摸开关在单片机芯片PIC18F26K22的控制下，通过可控硅调光电路对建筑、工厂等的照明系统进行开关操作与亮度调节操作，通过RS485通信电路远程实时监测与控制，根据不同工况，合理地控制建筑物、工厂内的照明设备，是一种智能节能设备。

附图说明

图1是本发明的调光触摸开关原理框图；图2是双向可控硅调光工作原理图；图3是双向可控硅调光电路原理图：图4是交流电过零检测电路的原理图；图5是MCU控制电路的原理图；图6是触摸按键电路原理图；图7是RS485通讯电路原理图；图8是无线通讯电路原理图；图9是工作电源原理图；图10是无线工作电源原理图。

具体实施方式

具体实施方式：如附图1所示，本具体实施方式所述一种可组网的前相切相调光触摸开关包括可控硅调光电路、交流电过零检测电路、MCU控制电路、触摸按键电路、RS485通讯电路、无线通讯电路、工作电源和无线工作电源，所述的双向可控硅调光工作原理图如附图2所示，前相切相的调光方式是通过控制双向可控硅的开启、断开时间，来控制交流电在一个周期内电压的有效值，以起到控制照明设备开关及亮度级别的功能，由交流电过零检测电路检测出交流电的过零点，MCU控制电路根据不同照明亮度级别发出控制信号来开启双向可控硅，控制信号是脉冲形式，在下一个过零点处双向可控硅自动关闭，其调光电路原理图如附图3所示，可控硅调光电路是由BTA16-600C双向可控硅、MOC3021光耦芯片及外围电路组成，双向可控硅串接入照明回路， Lin为交流220V输入，T1为双向可控硅BTA16-600C，A1、A2、G分别为双向可控硅的三个端子，A2端接Lin交流输入，A1端接Lout输出，G极为双向可控硅的控制端，控制端G需要30mA的电流来开启双向可控硅，使A1、A2端导通；限流电阻R2、R3分别接1.2K和180欧电阻，滤波电容C1接0.02uF；光耦芯片选用MOC3021，上拉电阻R1接180欧姆，限流电阻R4接10K电阻,RC1接MCU的控制引脚；当MCU通过RC1发送高电平控制信号，三极管导通，MOC3021的引脚1、2随之导通，与光耦芯片引脚4相连的双向可控硅的控制端G将获得约30mA的电流以开启可控硅。

所述的交流电过零检测电路是由TIL117光耦芯片、TC4584反向施密特触发器芯片及外围电路组成，其电路原理图如附图4所示，Lin、N为交流电的输入端，限流电阻R6接200K电阻，上拉电阻R5接100欧姆，两片TIL117光耦芯片反接，当交流电Lin为正，N为负时， U1光耦导通，引脚5端被拉低，在TC4584反相器的1引脚有低电平输入，2引脚输出高电平，实现波形整型与反向输出的功能，其中RB0接MCU的外部中断，当2引脚输出高电平，RB0高电平触发MCU中断，MCU以此来判断检测到交流电的过零点；当Lin为负，N为正时，U2光耦导通，与上同理。通过交流电过零检测电路检测出交流电由正变负、由负变正的零点时刻，并在此时刻向MCU发送信号触发中断，使MCU能够确定正弦波交流电的半个周期的起始时刻。

所述MCU控制电路是由PIC18F26K22芯片及外围电路组成， 完成对现场触摸按键实时检测、与上位机及其他调光触摸开关通讯，并控制可控硅调光电路进行亮度级别调节等功能，MCU控制电路原理图如附图5所示。PIC18F26K22作为MCU，是Microchip公司的低功耗、高速微处理控制器，芯片外围电路中，上电复位选用电阻200K、电容0.1uF的阻容复位电路，在上电时可靠复位，使MCU控制电路工作正常。MCU中的RA0~RA3用作检测触摸按键动作，根据现场触摸按键改变照明设备的亮度级别；D1~D4为LED，指示当前照明设备的亮度级别，限流电阻R8~R10接1K电阻；PIC18F26K22芯片的 RC2、RC6和RC7用于RS485通信，通过RS485总线与上位机通讯，实现实时接收上位机远程控制的命令，并将照明设备当前的亮度级别通过RS485总线传输至上位机，完成远程控制调光、组网控制等功能；PIC18F26K22芯片的RA5、RC3、RC4、RC5与无线通讯芯片nRF2401进行通讯，完成无线组网的功能，外接电阻R12~R13接10K电阻；PIC18F26K22芯片的RB0接外部中断，RB0实时接收过零检测信号；PIC18F26K22芯片的RC1输出控制信号，向双向可控硅的控制端G发送控制信号，对照明设备进行亮度调节。

所述触摸按键电路是由控制芯片ADPT008和外围电路组成，ADPT008是一款触摸感应芯片，能实时检测有无键按下，当有键按下时，能够将状态信息发送给MCU。其原理图如附图6所示， ADPT008的4个触摸感应通道，完成对4个电容式触摸按键的检测功能，实现对灯光系统现场控制的“开”、“关”、“加”、“减”四个功能的检测，检测结果通过ADPT008的信号输出引脚OUT0~OUT3传给MCU的RA0~RA3，完成通过触摸按键调节照明设备亮度级别的功能。ADPT008外围电路中，触摸盘匹配电阻R15~R18接10K电阻，T0~T3接4路触摸盘，电容C9用来调节整个触摸按键的灵敏度， C9选为 26.7nF，触摸按键焊盘选择为直径15mm，实际使用效果较好，滤波电容C7、C10、C11 接0.1uF, 滤波电容C8接10nF，起抗干扰作用。

所述RS485通讯电路是由485总线驱动电路、保护电路组成，采用在工业控制中常用的标准Modbus-RTU通讯协议，以RS485总线方式与上位机远程调节照明设备亮度级别，灵活进行组网，通信电路原理图如图7所示，RS485通讯电路选择ADM485，RS485通信抗干扰性好，信号稳定，通信可靠，选用具有瞬变电压抑制的收发器ADM485，能承受峰值为400V过压瞬变，抗±15Kv的静电放电冲击，抑制共模干扰，最多可挂接32个站，信号发送频率达10MHZ，传输信号距离达1200米。并在ADM485的输出B端外加上拉和下拉电阻R，以提供接收器输入开路和总线浮空的保护功能。D5、D6接瞬变二极管P6KEP6.8A，匹配电阻R19、R20接10K电阻，提高总线的抗电磁干扰能力，在长线传输中能够有效抑制反射波干扰，通过UART接口RC2、RC6和RC7与MCU引脚相接，A、B为RS485总线接口。

所述无线通讯电路是由nRF2401无线通讯芯片及外围电路组成，完成无线通讯、组网功能,其电路原理图如附图8所示。无线通讯芯片选用nRF2401单片射频收发芯片，电路工作于2.4～2.5GHz ISM频段，具有低功耗、传输速率高、组网便捷的特点，实现通过nRF2401完成无线组网通讯的功能。nRF2401通过SPI通讯端口与MCU通讯，nRF2401可工作在单工/双工通讯方式下，PIC单片机作为主机，nRF2401作为从机，时钟信号CLK1接PIC单片机的RC3引脚，DATA通过两个10K电阻接MCU的RC4和RC5引脚，DR1接PIC单片机的RB1引脚，通过DR1的电平跳变通知单片机接收到数据。nRF2401外接晶振X1接16M，C19、C20接22PF电容，滤波电容C12接10NF,C13接1NF,C18接33NF, 14引脚所接的RF I/O为天线， CE接PIC单片机的RA5引脚， CS接PIC单片机的RA4引脚。

所述的工作电源由微型变压器、MB6S整流桥、三端稳压芯片LM7805稳压芯片及外围电路组成，其电路原理图如附图9所示，外围电路包括滤波电容、隔离直流电容及保护二极管等。供电电源交流220V经Lin、N接入，经220V转9V微型变压器、整流桥芯片及LM7805芯片产生直流5V电压，为 MCU控制电路、触摸按键电路、RS485通信电路及无线工作电源进行供电。

所述的无线工作电源由LM1117芯片及其外围电路组成，完成将直流5V转为直流3.3V，为无线通讯电路进行电源供电的功能，原理图如附图10所示，经工作电源产生的直流5V电压为本电路供电，使用LM1117低压差DC/DC电压调节芯片，将直流5V转为3.3V供给无线通讯电路中的nRF2401芯片工作使用，其外围电路由0.01uF、10uF容值的滤波电容组成，在VCC与地之间加入不同滤波电容，对电源进行高频、低频滤波。

Claims (9)

1.一种可组网的前相切相调光触摸开关，它包括可控硅调光电路、交流电过零检测电路、MCU控制电路、触摸按键电路、RS485通讯电路、无线通讯电路、工作电源和无线工作电源，其特征在于所述的一种可组网的前相切相调光触摸开关的单片机芯片PIC18F26K22通过UART端口与RS485电路连接，通过SPI接口与无线通讯电路连接，通过输入/输出引脚与交流电过零检测电路和触摸按键电路连接，工作电源与MCU控制电路、触摸按键电路、RS485电路和无线工作电源相连接，无线工作电源与无线通讯电路连接。

2.根据权利要求1所述的一种可组网的前相切相调光触摸开关，其特征在于，所述可控硅调光电路由BTA16-600C双向可控硅芯片、MOC3021光耦芯片及外围电路组成，光耦芯片与双向可控硅的控制端连接，控制双向可控硅的导通与关断。

3.根据权利要求1所述的一种可组网的前相切相调光触摸开关，其特征在于，其中所述的交流电过零检测电路由TIL117光耦芯片、TC4584反相器芯片及外围电路组成，交流电220V由两片光耦芯片连接接入。

4.根据权利要求1所述的一种可组网的前相切相调光触摸开关，其特征在于，其中所述的MCU控制电路是由PIC18F26K22芯片和外围电路组成，MCU在交流电过零点进行程序延时，通过设置延时时间的长短，来控制照明设备工作在不同的亮度级别。

5.根据权利要求1所述的一种可组网的前相切相调光触摸开关，其特征在于，其中所述的触摸按键电路是由ADPT008触摸检测芯片及其外围电路组成，触摸芯片的输出引脚与MCU引脚连接。

6.根据权利要求1所述的一种可组网的前相切相调光触摸开关，其特征在于，其中所述的通信电路是由ADM485芯片、RS485总线驱动电路和保护电路组成。

7.根据权利要求1所述的一种可组网的前相切相调光触摸开关，其特征在于，无线通讯电路是由nRF2401无线通讯芯片及外围电路组成。

8.根据权利要求1所述的一种可组网的前相切相调光触摸开关，其特征在于，所述的工作电源由220V转9V微型变压器、LM7805稳压芯片与其外围电路组成。

9.根据权利要求1所述的一种可组网的前相切相调光触摸开关，其特征在于，其中所述的无线工作电源由LM1117芯片及其外围电路组成，由工作电源供给电压，与无线通讯电路相连接。